1: Eliminering av skadliga vibrationer från maskiner med slående mekanismer 2: Brister i vibrationsstandarden ISO 5349 och vilka följder detta får Handöverförda vibrationer 2016-09-08??? Hans Lindell hans.lindell@swerea.se
Projektet: Vibrationer i Stenindustrin
Mejselmaskin med ATVA-dämpare (AutoTuning Vibration Absorber)
Mejselmaskin - Halverad vikt, 6,5 kg mot tidigare 17 kg. - Vibrationer < 2,5 m/s 2, (18 m/s 2 befintlig) - Lägre matningskraft - Lägre mejselförbrukning - Effektivare dammutsug - Bättre ergonomi - Nollserie 5 st, komponenter klara i sept.
Noll Vibrationsskador (Vinnova UDI) Projekttid: 2015-05-15-2017-08-31
Projektmål: Maskiner behöver inte vibrera och skada människor!!!!!
Angreppssätt 1. Konstruera om roterande och translaterande maskiner så att de vibrerar under 2,5 m/s2 hand-armvägd acceleration. 2. Uppmärksamma risken med transienta vibrationer och åtgärda dessa på maskinerna.
Problemet Orsakerna till vibrationer European Risk Observatory Report (2008)
Problemet Orsakerna till vibrationer European Risk Observatory Report (2008) R+M T R+M T R R T T T T T T R T T
Roterande maskiner - Balansring eliminerar obalanser
Motordrivna maskiner m fl - Exempel gräsklippare System 1 Vibrations isolatorer System 2
Projektets struktur
Maskinkandidater för ombyggnad
14 Vibrationsstandarden ISO 5349, missar den något?
Transienta vibrationer Var kommer dom från? European Risk Observatory Report (2008) T T T T T T T
ISO 5349-1:2001 16
Hur ser transienta och normala vibrationer ut över 1250 Hz? Hur hanterar ISO 5349 dessa? 17
Vibrationsmätning vid höga frekvenser - Nya MEMS givare öppnar möjligheter Accelerometer: PCB 3501A2060KG Max acc: 600 000 m/s2 Vikt: 0.15 gram (0.04 gram) Res. Frekvens: 150 khz 2 db Frekvens: 50 khz Fastsättning: Vax eller häftmassa fungerar up till 50 khz Samplingshast: 1 MHz Alias filter: 4:th order LP Bessel 200 khz Digital filtering: 6:th order LP Bessel 50 khz 18
19 Mutterdragare - Med och utan ISO 5349 filtrering
20 Slipmaskin - Med och utan ISO 5349 filtrering
Jämförelse Mutterdragare mot Slipmaskin Grinder=5 m/s 2 haw Impact wrench=5 m/s 2 haw 21
22 Påverkar högfrekventa vibrationer >1250 Hz fingret? - Modellering av finger med skinn - Simulering av tryckvågspropagering
c c Modellering av fingeravtryckets geometri Analyserad yta Epoxyavgjutning, 5 N tryck Confocal mikroskop b a b Utsida Insida Fingeravtryckets parametrar a = 0.22 mm ± 0.04 mm b = 0.06 mm ± 0.02 mm c = 0.06 mm ± 0.01 mm d = 133 ± 12 e = 132 ± 14 23
Skinnets dimensioner och materialparametrar Stratum corneum Marks (2004). 24
Transient ickelinjär explicit FEM-simulering 2D plain strain simulation Isotropic viscoelastic material Density 1g/cm 3 Material Shear Modulus Bulk Modulus Soft Tissue Finger 0.0017 MPa - 0.017 MPa 2190 MPa Epidermis 0.021 MPa 0.2 MPa 2190 MPa Stratum Corneum 0.600 MPa 10 MPa 2190 MPa Material data + geometric data sources: M. Gerling: A literature review of the mechanical behavior of the stratum corneum, the living epidermis and the subcutaneous fat tissue. Technical note PR-TN 2006/00450, Philips Research Europe, 2006 F. M. Hendriks: Mechanical Behavior of Human Skin in Vivo. A Literature Review. Report 2001/820, Philips Electronics, 2001 M. F. Leyva-Mendvil, A. Page, N.W. Bressloff, G. Limbert: A mechanistic insight into the mechanical role of the stratum corneum during stretching and compression of the skin. J. of the Mech. Behavior of biomedical materials. 49 (2015), 197-219. M. Gerling: In vitro mechanical characterization of human skin layers: stratum corneum, epidermis and hypodermis, Dissertation, Technical University Eindhoven, 2006 Stephanie Marchesseau, T. Heimann, S. Chatelin, R. Willinger, Herve Delingette. Fast porous visco-hyperelastic soft tissue model for surgery simulation: Application to liver surgery. Progress in Biophysics and Molecular Biology, Elsevier, 2010, 103 (2-3), pp.185-196. 80 μm 20 μm 25
[m/s 2 ] Pressure [MPa] Variant 002k-1b: Pressure development versus time Accelerationpuls (Period: 0.01 ms (100 khz); Amplitude: 10 000 m/s 2 ) Simulation time: 0.1 ms 0.02 ms: min. pressure 0.22 bar 0.05 ms: max pressure 0.03 bar 0.06 ms: min pressure -0.05 bar Pressure [MPa] 0.01 ms: max. pressure 0.1 bar 0.09 ms: max pressure 0.08 bar
Variant 002k-1d:
28 Är transienta vibrationer ett problem?
Studie 1: Transient vibration from impact wrenches: Vibration negative effect on blood cells and standards for measurement Lindell H, Lönnroth I, Ottertun H., 8:th Int. Conference on Hand-Arm Vibration, 1998, Umeå, Sweden Test case Peak vibration amplitude, (m/s 2 ) Measured ISO5349 vibration, (m/s 2 ) Lysis (%) after 15 min exposure Impact wrench handle 15 000 2.2 0.4 Impact wrench socket > 30 000 10 100 Grinder handle while grinding 1 000 7.1 0.1 29
Studie 2: Effect of impulsive vibration on red blood cells in vitro Scand J Work Environ Health 2005;31(4):286-90. Hideo Ando, MD, Kalevi Nieminen, Esko Toppila, PhD, Jukka Starck, PhD, Tatsuya Ishitake, MD 30
D am age to red blood cell(%) Effect of impulsive vibration on red blood cells in vitro (Scand J Work Environ Health 2005;31(4):286-90. Hideo Ando, MD, Kalevi Nieminen, Esko Toppila, PhD, Jukka Starck, PhD, Tatsuya Ishitake, MD 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 * ** 50 100 150 200 250 300 P eak acceleration (k m /s 2 ) Blood before exposure Blood after vibration exposure 31
Studie 3: Dandanell, Engström (1986) Vibration from riveting tools in the frequency range 6 Hz-10MHz and Raynaud's phenomenon Scand J Work Environ Health Subject 288 riveters >10 year of work exposure 1 min/day on average 10 m/s 2 haw Rivet hammer 11 m/s 2 haw bucking bar 50 % Raynaud s phenomenon 32
Studie 4: L Barregard, L Ehrenström, K Marcus (2003) Hand-arm vibration syndrome in Swedish car mechanics Occup Environ Med - Mainly Impact Wrenches approx. 3.5 m/s2-10 min/day Conclusion: HAVS is common among Swedish car mechanics in spite of short daily exposure times. This underlines the need for preventive measures. 33
Studie 5: Govinda R. Reiley D. et al. (2011) Vibration from a riveting hammer causes severe nerve damage in the rat tail model, Muscle&Nerve, Volume 44, Issue 5, p. 795 804 Summary: Severe nerve damages in rat tail Studie 6: Bernesjö S. (2015) Vibration screening at Mechanical Industry in assembly line (Impact wrenches) Summary: 33% HAVS prevalence from mainly impact wrenches 34
Om transienta vibrationer är ett problem, kan vi då bli av med dem? JA! 35
Vibrationsisolerad mothållsnyckel Transient reduktion: 8 000 => 150 m/s2 ISO 5348 reduktion: 13 => 6 m/s2 36
Mutterdragare: CP-734 37
Hur får vi det att hända något om vi vill det? Forskning Standard Incitament Förändring Användarkrav 38
Sammanfattning - HögFrekventa Vibrationer (HFV) propagerar in i fingrets vävnad och skapar en tryckvåg - Fingrets skinn har en relativt liten dämpning av tryckvågen - HFV kan sannolikt orsaka skador på fingrets vävnad - ISO 5349 kan inte användas för bedömning av HFV vilket den heller aldrig varit avsedd för - Det finns ett behov av ett tillägg till ISO 5349 för HFV för att skapa incitament för åtgärder hos tillverkare och användare 39